CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌ CQ TRÌNH TƠI THÉP TRONG DUNG DỊCH POLYME
2.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ bể tôi và tốc độ khuấy
Khơng chỉ có nồng độ của dung dịch mà rất nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiệt độ của dung dịch tơi và tốc độ khuấy cũng có ảnh hưởng nhiều đến tốc độ nguội của môi trường tôi. Theo tài liệu [67, 68], người ta tiến hành thí nghiệm tơi quả cầu bằng niken
có đường kính (d) là 30mm và 40mm trong nước và thấy rằng: khi tăng nhiệt độ và giảm tốc độ khuấy (wo) của mơi trường tơi thì giai đoạn màng hơi có xu hướng kéo dài, nhiệt độ Leidenfrost của môi trường tơi giảm (hình 2.14).
Hình 2.14 Đường nguội khi tơi quả cầu niken trong nước ở nhiệt độ bể tôi và tốc độ
khuấy khác nhau (nguồn: [67, 68])
Cũng từ kết quả nghiên cứu này, mật độ dòng nhiệt được vẽ như một hàm của nhiệt độ bề mặt vật tôi ở các tốc độ khuấy và nhiệt độ bể tơi khác nhau (hình 2.15). Kết quả cho thấy, ở giai đoạn sôi màng, trong trường hợp không khuấy (Wo = 0) thì mật độ dịng nhiệt tăng tuyến tính với nhiệt độ bề mặt vật tơi. Đồng thời cũng trong giai đoạn sôi màng, khi tăng tốc độ khuấy hoặc giảm nhiệt nhiệt độ của môi trường tôi nước (nước) thì mật độ dịng nhiệt có xu hướng tăng hay tốc độ nguội của dung dịch tăng.
Hình 2.15 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy và nhiệt độ bể tơi đến mất độ dịng nhiệt
(nguồn: [67, 68])
Nghiên cứu cũng cho thấy, nhiệt độ Leidenfrost (ϑLe) bị ảnh hưởng nhiều bởi tốc độ khuấy (hình 2.16). Khi tăng tốc độ khuấy thì nhiệt độ Leidenfrost cũng có xu hướng tăng trong cả hai trường hợp tơi mẫu hình cầu và tơi mẫu trụ. Kết quả trên hình 2.17 cho thấy, tại vùng nhiệt độ cao xung quanh mẫu hình cầu tồn tại lớp màng hơi bao quanh tồn bộ chi tiết. Nhưng đối với mẫu hình trụ thì tốc độ nguội là khác nhau trên toàn chiều dài của mẫu. Nhiệt độ Leidenfrost trong trường hợp tơi mẫu hình trụ cũng bị ảnh hưởng bởi tốc độ khuấy và nhiệt độ bể tôi, nhưng không bị ảnh hưởng bởi đường kính trụ. Khi nhiệt độ bể tơi cao, thì nhiệt độ Leidenfrost đối với mẫu trụ và mẫu hình cầu xấp xỉ bằng nhau.
Nhưng ở nhiệt độ bể tơi thấp thì nhiệt độ Leidenfrost trong trường hợp tôi mẫu trụ lại cao hơn đáng kể. Như vậy, nhiệt độ Leidenfrost phụ thuộc vào nhiệt độ bể tôi và tốc độ khuấy. Đối với chi tiết nhất định cần điều chỉnh tốc độ khuấy và nhiệt độ bể tơi để có được nhiệt độ Leidenfrost hợp lý.
Hình 2.16 Ảnh hưởng của nhiệt độ bể tơi và tốc độ khuấy đến nhiệt độ Leidenfrost (ϑLe)
khi tơi mẫu hình cầu (a) và khi tơi mẫu trụ (b) (nguồn: [68])
Hình 2.17 Hình ảnh màng hơi hình thành trên quả cầu (a) và trên mẫu hình trụ (b)
(nguồn: [68])
Khi tôi trong dung dịch polyme, nhiệt độ của dung dịch cũng ảnh hưởng đến tốc độ nguội của nó. Theo tài liệu [46] thì khi nhiệt độ của dung dịch tôi PVP tăng từ 30oC đến 50oC thì tốc độ nguội của dung dịch giảm rõ rệt trong cả 2 giai đoạn sôi màng và sôi bong bóng, nhưng ở giai đoạn đối lưu tốc độ nguội gần như khơng thay đổi. Nói cách khác, khi thay đổi nhiệt độ của dung dịch trong phạm vi từ 30 đến 50oC thì tốc độ nguội của dung dịch trong giai đoạn đối lưu ít bị ảnh hưởng nhất (hình 2.18).
Hình 2.18 Tốc độ nguội của dung dịch PVP K30 thay đổi theo nhiệt độ dung dịch khác
Đối với dung dịch polyme, theo tài liệu [15], việc khuấy dung dịch có ảnh hưởng lớn đến tốc độ nguội trong cả ba giai đoạn. Khi dung dịch chịu tác động khuấy sẽ gây ra sự gián đoạn màng hơi, giai đoạn màng hơi diễn ra trong thời gian ngắn hơn và nhanh chóng chuyển sang giai đoạn sơi bong bóng. Tăng tốc độ khuấy sẽ làm màng hơi bị sụp đổ nhanh hơn và dẫn đến tốc độ nguội của dung dịch lớn hơn trong cả ba giai đoạn của quá trình làm nguội.
Theo tài liệu [28], khi nghiên cứu về ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến tốc độ nguội của dung dịch polyme PEOX 5%, kết quả cho thấy khi khuấy ở tốc độ càng cao thì tốc độ nguội của dung dịch tăng, đặc biệt tốc độ nguội lớn nhất (CRmax) thể hiện sự thay đổi rõ ràng hơn. Cụ thể khi tăng tốc độ khuấy từ 0 đến 1000 vịng/phút thì CRmax của dung dịch tăng từ 175oC/s lên 190oC/s.
Hình 2.19 Đường cong nguội và tốc độ nguội của dung dịch polyme PEOX 5% ở
nhiệt độ 300C với tốc độ khuấy khác nhau(nguồn: [28])